1. 研究目的与意义
毕业设计的内容：
采用理论与实践结合的方法，以理论指导实践的理念，运用MATLAB软件对小车行驶路线规划，建立数学模型，并求解轨迹关键点，进而精确设计小车零件的尺寸，运用UG软件建立小车零件三维图并进行虚拟装配，最后运用ADAMS软件建立动力学模型，对小车进行运动学分析，对小车行驶状况进行良好的校核。多次实验，对小车零件尺寸进行修改，以完善小车结构。
毕业设计的具体内容：
2. 研究内容与预期目标
| 2．本课题主要研究内容和预期目标 研究内容： 首先在满足设计要求的前提下，确定车架的形状，本设计采用驱动轮和转向轮同侧的设计，所以车身的设计考虑好其质心的位置，控制好车身的长和宽，避免不必要的问题。车辆底板承受较大的载荷，而且要求在强度足够的情况下，重量尽可能地小。考虑到重量、加工成本等，底板采用2.5mm厚的铝合金加工压制制作，如果必要，还需要在底板前端叠加一块加固板增加转向部分的强度；铝的材料密度小，强度较大，而铝合金的性能更优于普通铝制材料，适合用来制作支架。其次，为了制作和携带方便，将重物支撑架用车轮辐条代替，即节省成本，也废物利用。 原动机构为小车运行提供可靠的动力，是小车的动力系统，原系统提供的能量是一定的，因此为了能让小车运行的更远，就要求尽可能的减少无用功所消耗的能量，这部分的机械结构件之间的摩擦要尽可能的小。同时为了更好的配合微调机构，以及更好的适应不同的轨迹路线，在原动机构的设计上还要考虑变速的问题。 传动机构是将原动机构转化的驱动力传动给转向轮和驱动轮，是小车运动和转向。传动机构的精度和传递效率将直接影响小车运动的轨迹和小车运动的距离，同时，传动系统还必须具有传动稳定、可靠、机构简单、质量轻等特点。 转向机构是小车的关键部分，它将直接决定小车运动轨迹的准确性。同时，转向机构也同样需要需要尽可能减少摩擦消耗的能量，其加工精度和表面粗糙度都将影响其转向效果。最重要的是，转向机构具有能使小车按照预先设计好的轨迹行走的运动特性。行走机构是3个轮子，轮子的设计应从轮子的半径、厚度、材料等三个方面综合考虑。轮子的半径决定了小车完成一个8字所走的路程，轮子的半径越大，单个8字就越大，路程越大，消耗的能量就越大；轮子的半径越小，单个8字就越小，就有可能撞到障碍物，无法完成预定的路线。材料和厚度则很大程度上影响小车的整体质量，也就与消耗的能量息息相关。小车零部件在加工时难免存在加工误差，在装配时也存在装配误差，因此小车在结构中必须包括有微调机构。除此之外，为适应不同的路径和寻找最佳路线，也需要微调机构。微调机构的作用就是调整小车的轨迹，包括起始方向，周期，单个周期路程，保证小车走一条最佳路线。 |
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3. 研究方法与步骤
研究方法：
借助于Pro/E和Pro/E软件建立了无碳小车的零件及参数化运动学模型，基于对不同参数简化模型的分析，完成了这种运动机构的模型及动画展示并且对设计结果进行了运动学仿真，仿真结果表明该机构通过将重力势能转化为动能来给小车提供动力，较好的实现了能量之间的转化。设计之初，需要对小车的行驶路线进行规划。良好的行驶路线是保证小车完成完整8字轨迹的前提。文献[1]介绍了在不完全齿轮和曲柄连杆机构作为转向机构的情况下，轨迹的设计和优化。文章认为8字路线由圆弧部分和非圆弧部分组成，并建立了数学模型。在此基础上，运用MATLAB软件对非圆弧部分进行模拟，确定轨迹影响因素，进而更好的调节小车的零件尺寸。其次就是整个小车的设计，包括驱动机构，转向机构，传动机构等的设计。首先是转向机构; 文献[3]中采用凸轮盘作为小车的转向机构。凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，运动时，通过高副接触可使从动件获得连续或不连续的预期往复运动。设计适当凸轮轮廓便可使从动件得到任意预期运动，且结构简单紧凑、设计方便[4]。同样，文献[5]也是运用凸轮作为转向机构。文献[6]中介绍了运用不完全齿轮和曲柄连杆机构作为小车的转向机构，在连杆端加入微调机构以适应不同的运动轨迹。至此，一般的转向机构也就如上几种。在驱动方面，机械机构也多是大同小异。对驱动机构提出以下要求：①驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走；②到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击；③由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样；④机构简单，效率高[8]。在传动方面，机械机构主要有齿轮和皮带轮，或者直接用线作为传动机构。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高[8]。目前，参赛的大部分作品都选择齿轮作为传动机构。
通过多次的理论计算与实际相结合而得到的结论，理论设计结合了机械设计，装备设计，理论力学等多学科的知识，对于小车偏离原来轨迹的原因和调整方向进行了分析，以便在设计时对小车零件加工及装配时候的误差进行定向的设计[12]。车身作为承载体，它的重量占据小车总重很大的比例，其车身结构的优化尤为重要。文献[13]介绍了一种车身轻量化优化的方法：首先运用LHS的方法确定车身主要的结构点，然后基于这个，对车身进行DOE分析，绘制相关参数曲线图，观察曲线图，寻找对车身影响较大的参数，最后，针对性的更改结构点位置。采用涡卷弹簧作为储能机构，凸轮作为转向控制机构的小车。文章介绍了一种轨迹近似的方法，按照近似轨迹，建立数学模型，最后设计凸轮轮廓曲线。4. 参考文献
| 4．本课题主要参考文献 [1] 张玉航,黄力,王凯.8字绕障无碳小车转向系统的设计[J]. 科技创新导报.2014(13):88-89 [2] 曹斌,张海波,朱华炳.基于槽轮机构的8字轨迹无碳小车设计[J]. 合肥工业大学学报,2014,37(6):661-704 [3] 方能杰,柳斌,王亨,徐云杰.“8”字循迹无碳小车创新设计[J]. 创新科技,2013(8):76-77 [4] 王文君.8字形轨迹无碳小车的创新性设计[J]. 中国机械,2013(24):136 [5] 胡越铭,高德文,张瑞，等.基于凸轮组合机构的“8”字形无碳小车创新设计[J].北方工业大学学报,2014(1):38-43 [6] 王建军,朱龙海,尹洪友.无碳小车8字转向机构设计[J].机械制造,2014,52(6):17-19 [7] 刘敏,涂强.“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析[J].电子制作,2013(12):14 [8] 张灿,林国帅,巫梁峰.基于重物下落实现规定轨迹运动的无碳小车的设计[J].企业导报,2013(3):285 [9] 杜磊,叶海.无碳小车的能耗规律与稳定性分析[J].硅谷,2013(10):72-73 [10] 胡增,何国旗,王政等．基于Adams软件的单轮驱动无碳小车车轮布局设计[J].湖南工业大学学报,2013,27(4):53-56 [11] 王政,何国旗,胡增.基于ADAMS软件的无碳小车转向机构设计[J].湖南工业大学学报,2013(5):28-31 [12] 赵鹏飞,孙庭伟,贾雨超,等.无碳小车设计及误差补偿的探讨[J].科技视界.2014(14):10-11
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5. 工作计划
1) 2022-12-20～2022-2-24 查阅文献资料，进行文献综述，翻译英文文献。
2) 2022-2-25～2022-3-20 撰写开题报告，识读产品零件图，并采用CAD软件绘制符合机械制图国家标准规范要求的系统零件图图纸；用三维造型软件进行产品零件的立体造型设计。
3) 2022-3-21～2022-4-10 查阅相关资料，进行产品装置设计。
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